Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
160
140
Temperature cycling -40°C / 125°C, 30 min/30 min
Cycle 1 Cycle 100 Cycle 500 Cycle 1000 Cycle 1500 Cycle 2000
120
100
80
T [°C]
60
40
20
0
-20
-40
-60
Failure of solder pin
Bild 2.7.7 Vergleich der Kontaktsicherheit von Lotstift und Federkontakt (HAL-Sn PCB, Ag spring pin, Ni/
Au-flash DCB) nach Montage auf einer Leiterplatte im Temperaturwechsel.
2.7.5 Ausfallmechanismen bei Lastwechsel
Der thermo-mechanische Stress zwischen Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten
CTE führt bei Temperaturänderungen zu einer Alterung der Verbindungen. Welche der Mechanismen
letztendlich zum Ausfall der Bauelemente führt, hängt von Last und Kühlbedingungen
ab. Je weiter die Verbindung vom Chip entfernt ist, umso länger benötigt sie für die vollständige
Erwärmung. Je schlechter der Leistungshalbleiter gekühlt wird, um so mehr werden alle Schichten
mit auf das Temperaturniveau des Chips angehoben. Für eine Erhöhung der Lastwechselfestigkeit
ist es sinnvoll, an der äußersten Fehlerquelle (= am nächsten zur Wärmesenke) Verbesserungen
vorzunehmen. Eine Schädigung hier wird das DT aller darüber liegenden Verbindungen vergrößern
und diese auch zum Ausfall bringen. Die Entwicklung bodenplattenloser Module in den 90er
Jahren eliminierte die Fehlerquelle „Bodenplattenlötung“. Die Einführung der Sintertechnik als
Ersatz für das Chiplot verschiebt die Ausfallgrenze für diese Verbindung deutlich nach oben und
führt dazu, dass die Bondverbindung zum schwächsten Glied in der Kette wird. Die in den letzten
Jahren eingeführten Verbesserungen der Bondverbindungen führen jetzt zu insgesamt deutlich
höheren Lastwechselzahlen als es noch vor 10…15 Jahren möglich war. Bild 2.7.8 verdeutlicht die
für die Lebensdauer relevanten Aufbaudetails eines IGBT-Moduls.
Bild 2.7.8 verdeutlicht die für die Lebensdauer relevanten Aufbaudetails eines IGBT-Moduls.
Bond
Bondwire
Bond IGBT
Diode
Chip Solder
Bond
Base Plate Solder
Substrate
Thermal Grease
Base Plate
Heatsink
Bild 2.7.8 Schichtfolge eines IGBT-Modulaufbaus, in rot die lebensdauerrelevanten Verbindungen
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